Wat is quantum suprematie en waarom is de doorbraak van Google zo belangrijk?

Dit is wat het voor u en voor de toekomst van codering kan betekenen.

Een kunstenaarstekening van de kwantumcomputerchip van Google, Sycamore genaamd, en de bijbehorende hardware.

Forest Stearns, Google AI Quantum Artist in Residence

Dit verhaal maakt deel uit van een groep verhalen genaamd hercoderen

Ontdekken en uitleggen hoe onze digitale wereld verandert - en ons verandert.



Google deed een enorme onthulling op 23 oktober 2019, toen het aankondigde dat het iets had bereikt dat kwantum suprematie.

Via een artikel in het journaal Natuur , zei Google dat hun kwantumcomputer, Sycamore genaamd, een bijzonder moeilijk probleem in 200 seconden oploste. Ter vergelijking: Google zei dat 's werelds huidige snelste klassieke computer - een genaamd Summit die eigendom is van IBM en zo groot is als twee basketbalvelden - 10.000 jaar nodig zou hebben om datzelfde probleem op te lossen.

Dit is wat quantum suprematie betekent. Het is wanneer een kwantumcomputer - een die draait op de wetten van de kwantumfysica in tegenstelling tot de klassieke computers die we kennen (dwz telefoons en laptops), die draaien op klassieke fysica zoals de bewegingswetten van Newton - iets doet dat geen conventionele computer in een redelijke tijd zou kunnen doen.

Het probleem hier is dat IBM reageerde naar Google's nieuws om te zeggen dat Summit het probleem van de kwantumcomputers in twee en een halve dag zou kunnen oplossen - niet 10.000 jaar zoals Google had gesuggereerd.

In deze aflevering van Recode's Resetten podcast, gastheer Arielle Duhaime-Ross en Kevin Hartnett , een senior schrijver voor het tijdschrift wiskunde en natuurkunde Hoe veel , leg uit wat quantum computing precies is en waarom Google onderdompelen op IBM zowel een groot probleem was als niet.

Het is krankzinnig, want als we een werkende kwantumcomputer bouwen, laat het zien dat we een soort fysiek meesterschap over materie in het universum hebben bereikt. Op het meest fundamentele niveau beheersen we het. We manipuleren het voor onze eigen doeleinden en we voeren er berekeningen mee uit en we doen er berekeningen mee. Dat is nogal verbluffend. En het feit dat ingenieurs dit nu echt voor elkaar krijgen, is best verbazingwekkend, merkte Hartnett op.

Later in de aflevering duiken de twee ook in welke toepassingen een werkende kwantumcomputer in de echte wereld zou hebben, van het ontdekken van farmaceutische medicijnen en financiële modellering tot het breken van internet door ongedaan maken een veel voorkomende vorm van encryptie genaamd RSA-codering .

Op dit moment houden we veel informatie op het internet zo veilig. Maar met een zeer krachtige kwantumcomputer ... wordt de tijd die nodig is om een ​​groot aantal op te splitsen erg kort. En dat betekent dat de sleutel die je gebruikt om dingen te versleutelen gemakkelijk te achterhalen is en dat het internet nogal genaaid is. Maar dat is op dit moment nog grotendeels theoretisch, legde Duhaime-Ross uit.

Luister hier naar hun hele discussie . We hebben hieronder ook een licht bewerkte transcriptie van het gesprek van Harnett met Duhaime-Ross gedeeld.

waarom krijg ik navelstreng?

U kunt zich abonneren op Resetten Aan Apple-podcasts , Stitcher , of Spotify .


Arielle Duhaime-Ross

De term quantum suprematie klinkt ronduit belachelijk. Het geeft me altijd het gevoel dat elektronen de wereld gaan overnemen. Maar mensen wachten hier al lang op. Want wat Google aankondigde, betekent dat een speciaal type computer, een kwantumcomputer genaamd, eindelijk dingen doet. In plaats van alleen maar het gevoel te hebben...

Kevin Hartnett

... decennia lang deze bijna mythische droom. Het voelt alsof we al jaren wachten op een aankondiging van wat mensen kwantumsuprematie noemen. En dat is wat Google deze week aankondigde.

Arielle Duhaime-Ross

Dus shit wordt echt [met] quantum computing en twee van de grootste technologiebedrijven, Google en IBM, zijn er door geobsedeerd. Maar eerst moet ik je over natuurkunde laten praten. Maak je geen zorgen. Omdat ik je heb. Ik ben hier voor jou. En we gaan dit allemaal samen doen.

Dus Kevin - wat is een kwantumcomputer?

Kevin Hartnett

Een kwantumcomputer is een machine die berekeningen uitvoert met behulp van de wetten van de kwantumfysica, in tegenstelling tot, denk ik, uw klassieke computer zoals uw telefoon of uw desktopcomputer, die zich gedraagt ​​volgens de wetten van de klassieke fysica. Dus een klassieke computer berekent met bits en bits kunnen 1 of 0 zijn.

Arielle Duhaime-Ross

Dus eigenlijk net als de basis van code.

Kevin Hartnett

Precies. Dat is wat code is. Nu gebruikt een kwantumcomputer geen bits, maar kwantumbits of qubits. En deze qubits zijn gemaakt van kwantummateriaal en een el kan in een positie van 1 of 0 staan. Of het kan worden beschreven door de kans dat het in één staat of de kans dat het op positie nul staat.

Het voordeel van dat systeem is dat je zoveel verschillende mogelijke toestanden hebt. Je kwantumcomputer zou zich kunnen bevinden als je bezig bent met je berekening en aan elk van die toestanden is een waarschijnlijkheid toegewezen.

ADR: Dat is de sleutel. Een gewone computer (of wat computerexperts een klassieke computer zouden noemen) zoals je laptop of je telefoon - die computers kunnen maar één mogelijk pad tegelijk proberen om tot een antwoord te komen. Maar een kwantumcomputer kan efficiënter tot het juiste antwoord komen.

Dat is niet super intuïtief, dus hier is een gedachte-experiment: stel je een bal en een heuvel voor. Jouw taak is om die bal op een specifieke plek onderaan de heuvel te laten landen.

Kevin Hartnett

Stel je voor dat je aan het begin staat van de comp, je berekening. Je bent op de top van de heuvel en je gaat een bal de heuvel af rollen. En het kan een willekeurig aantal manieren de heuvel afgaan en op een aantal verschillende plekken onderaan eindigen. Maar er is maar één plek onderaan die het juiste antwoord is. Dus als je een klassieke computer hebt, kun je die bal het beste van de heuvel rollen en kijken waar hij terechtkomt en kijken of het het juiste antwoord is of niet.

Arielle Duhaime-Ross

Dus je rent constant de bal de heuvel op en dan mag je hem één keer laten vallen en dan krijg je misschien het juiste antwoord als je dat niet doet. Je moet hem terug de heuvel op rollen en het opnieuw proberen.

Kevin Hartnett

Het kost veel moeite en het kost veel tijd. [Maar met een kwantumcomputer] heb je de mogelijkheid om je ellen zo te structureren dat het pad dat de bal de heuvel aflegt in sommige opzichten het meest waarschijnlijke pad is dat het de heuvel aflegt, het pad is dat overeenkomt met het juiste antwoord op de bodem van de heuvel.

Arielle Duhaime-Ross

Dus je kunt de heuvel een beetje kantelen, de weegschaal in jouw voordeel laten kantelen om een ​​stuk sneller bij het juiste antwoord te komen. Een kwantumcomputer zou je in theorie een heel stuk sneller een antwoord moeten kunnen geven dan een klassieke computer. Maar als het op snelheid aankomt, is de nieuwste, meest flitsende manier van vervoer soms niet de meest betrouwbare.

Je moet je dus afvragen: wanneer wordt een berekening met een kwantumcomputer onmiskenbaar efficiënter dan hetzelfde doen met een klassieke computer?

Dat is in een notendop de zoektocht naar quantum suprematie.

Kevin Hartnett

Quantum suprematie is een maatstaf die ongeveer zeven jaar geleden in 2012 werd vastgesteld door een natuurkundige genaamd John Preskill van het California Institute of Technology, Caltech. En wat kwantumsuprematie betekent, is dat een kwantumcomputer iets kan dat geen enkele gewone klassieke computer kan evenaren.

Het idee is dat kwantumcomputers veel sneller berekeningen zouden moeten kunnen uitvoeren dan reguliere computers. Maar veel mensen twijfelden of het in de praktijk wel mogelijk was om zo'n berekening te maken. Quantum suprematie is dus het moment waarop een kwantumcomputer daadwerkelijk berekeningen uitvoert die een klassieke computer gewoon niet kan bijhouden.

Want als je een klassieke computer genoeg tijd geeft, misschien zelfs meer dan we nog in het heelal hebben, kan hij alles wat een kwantumcomputer kan. Supremacy betekent dat een kwantumcomputer iets op een categorisch snellere manier kan doen dan een klassieke computer.

Arielle Duhaime-Ross

De krachtigste klassieke computer ter wereld heet Summit. Het is eigendom van IBM en het is zo groot als twee basketbalvelden.

De kwantumcomputer van Google daarentegen past waarschijnlijk in je slaapkamer. Het heet Sycamore.

Dus wat Google deed, was Sycamore een heel specifiek probleem geven om op te lossen, een probleem met willekeurige circuits.

Kevin Hartnett

Wat ze lieten zien, is dat hun computer dit probleem met willekeurige circuits in ongeveer tweehonderd seconden kan oplossen. En de krachtigste klassieke computer ter wereld, die Summit heet. Welnu, Google schatte dat het die computer 10.000 jaar zou kosten om hetzelfde probleem op te lossen dat hun computer in 200 seconden had opgelost.

Arielle Duhaime-Ross

Dus wat Google heeft aangekondigd, is dat het in feite heel hard op IBM heeft gedompeld. De krachtigste computer, de krachtigste computer, de klassieke computer ter wereld.

Kevin Hartnett

Het dompelde hard onder in de zin van dit specifieke probleem, en je zou kunnen zeggen dat het het deed.

Het is een groot probleem. Het is een groot probleem in praktische zin, toch? Er zijn veel dingen die we kunnen doen als ze maar een paar minuten nodig hebben om de berekening uit te voeren, die we niet kunnen doen als we jaren of tienduizenden jaren nodig hebben.

Arielle Duhaime-Ross

Behalve dat als je het IBM vraagt, Google niet zo hard dook als het zegt.

Kevin Hartnett

IBM is zeker sceptisch. Ze gaven een paper uit waarin stond: Niet zo snel, ze hebben het niet echt gedaan omdat Google in hun paper schatte dat het de krachtigste, gewone computer 10.000 jaar zou kosten om deze berekening uit te voeren. En IBM zei dat de krachtigste computer die we hebben ontworpen dit in twee en een halve dag kan doen en waarschijnlijk zelfs sneller dan dat, als we de tijd hadden om te verfijnen hoe we het deden.

Ik moet ook zeggen dat IBM zelf misschien wel de grootste concurrent van Google is in de poging om een ​​kwantumcomputer te bouwen.

Arielle Duhaime-Ross

Is IBM gewoon een slechte verliezer of is dit een heel goed punt dat ze maken?

Kevin Hartnett

Welnu, het punt dat ze maken is goed, en het wijst op iets belangrijks over suprematie, namelijk dat je probeert te bewijzen dat een kwantumcomputer iets sneller kan dan welke klassieke computer dan ook. Dus suprematie bewijzen, echt suprematie bewijzen, betekent bewijzen dat een klassieke computer dit soort problemen niet zo snel kan oplossen als een kwantumcomputer. En dat soort bewijs hebben we hier niet.

Er was de krachtigste klassieke computer in de geschiedenis van de wereld voor nodig, een computer die een oppervlakte beslaat ter grootte van twee basketbalvelden. Deze computer kan een probleem oplossen in 200 seconden waarvoor de op één na snelste computer ter wereld minimaal twee en een halve dag nodig heeft om deze berekening te maken. Als de kwantumcomputer van Google nog een beetje groter wordt - als ze in plaats van 53 el 70 el hebben - kan een klassieke computer die twee basketbalvelden vult het helemaal niet bijbenen. Je hebt een klassieke computer ter grootte van een stad nodig om diezelfde berekening te simuleren.

En dat is de zin waarin de kwantumcomputer dingen categorisch sneller doet dan een klassieke computer. En ik denk dat dat verschil echt is wat mensen in gedachten hebben als ze het hebben over quantum suprematie. En daarom voelen de meeste mensen zich redelijk op hun gemak als ze zeggen dat wat Google deed, als het volledig klopt, in feite een demonstratie is van kwantumsuprematie.

Arielle Duhaime-Ross

Dus IBM gaat binnenkort ook suprematie demonstreren?

hoe u gratis persoonlijke informatie van internet en openbare gegevensbronnen kunt verwijderen

Kevin Hartnett

IBM weet al een tijdje dat ze het doel van kwantumsuprematie niet nastreven. Ze zien het als een kunstmatige maatstaf waar je overheen zou kunnen gaan en toch niets nuttigs doet. Dus zijn ze, in ieder geval in hun openbare verklaringen, veel praktischer ingesteld.

Arielle Duhaime-Ross

Dit is een verschil tussen Google als het soort basketbalspeler dat recht in de lucht wil springen voordat hij gaat dunken. En IBM die gewoon een lay-up wil doen omdat ze weten dat het werkt. En het is hetzelfde aantal punten.

Kevin Hartnett

Ik zou het zeggen. En het lijkt erop dat Google meer geanimeerd is door de basiswetenschap ervan en het gevoel van mogelijkheid en verkenning.

Arielle Duhaime-Ross

Mijn man Kevin met de perfecte segue! We hebben vastgesteld dat de kwantumcomputer van Google aanzienlijk sneller is dan de krachtigste klassieke computer ter wereld.

Maar wat zijn hier precies de mogelijkheden mee? Zijn persoonlijke kwantumcomputers in onze toekomst?


Om erachter te komen, luister naar het volledige gesprek en abonneer je op Resetten Aan Apple-podcasts , Stitcher , Spotify , of waar je ook naar podcasts luistert .